2. Архитектура баз данных

Для описания базы данных инициативной группой ANSI/SPARC (American National Standards Institute (Американский национальный институт стандартов) / Standards Planning and Requirements Committee (Комитет по требованиям и планированию стандартов)) в 1970-x гг. была предложена трехуровневая архитектура. Архитектура ANSI/SPARC включает следующие уровни: внутренний, концептуальный и внешний. Каждый уровень описывается соответствующей схемой (средствами языка описания данных соответствующего уровня), определяющей свойства базы данных в терминах типов содержащихся в БД данных. Уровни связаны механизмами междууровневого отображения данных.

Внешний уровень определяет точку зрения пользователей на базу данных. Отдельного пользователя интересует не вся БД, а только некоторая часть ее. Пользовательское представление базы данных (внешнее представление) будет абстрактным по сравнению с физическим способом хранения данных. Оно отражает представление содержимого базы данных отдельным пользователем. Приложения внешнего уровня создаются средствами либо одного из распространенных языков программирования (например, С++), либо специального языка запросов (SQL). Пользовательские представления отображаются в данные концептуального уровня. Это отображение демонстрирует, как различные приложения будут использовать данные.

Концептуальный уровень отражает обобщенную модель предметной области, для которой создавалась база данных. На этом уровне база данных представлена в наиболее общем виде. Концептуальное представление – это представление данных такими, какие "они есть на самом деле", а не то, какими их представляют пользователи, абстрактное представление всей базы данных. Может быть несколько внешних представлений, каждое из которых состоит из более или менее абстрактного представления определенной части базы данных, и может быть только одно концептуальное представление, состоящее из абстрактного представления базы данных в целом. Концептуальное представление определяется с помощью концептуальной схемы.

Внутренний уровень связан со способами хранения и извлечения данных. Внутреннее представление отражает низкоуровневую структуру базы данных. Понятие структуры физической базы данных включает: формат хранимой записи, структура путей доступа и размещение записей на физических устройствах и т.д. Внутреннее представление описывается средствами внутренней схемы, определяющей не только типы хранимых записей, но и индексы, представления памяти, упорядочение полей и т.д. Отображение концептуального уровня во внутренний изолирует концептуальную модель от влияния каких-либо возможных изменений в хранимых данных на физических носителях. При изменении структуры хранимой базы данных изменяется отображение "концептуальный - внутренний" таким образом, чтобы результаты изменений не коснулись концептуального уровня.

Трехуровневая архитектура позволяет обеспечить физическую независимость хранимых данных. Разработчик базы данных может при необходимости изменить физическую модель данных, переписав хранимые данные на другие носители информации и реорганизовав их физическую структуру. Также можно подключить к системе любое число новых пользователей (новых приложений), дополнив, если надо, концептуальную модель. Указанные изменения не будут замечены существующими пользователями системы (окажутся "прозрачными" для них), так же как не будут замечены и новые пользователи. Следовательно, независимость данных обеспечивает возможность развития системы баз данных без разрушения существующих приложений.